PCB故障分析,时好时坏的链接
   故障分析师在他的职业生涯中,见过各种各样的故障。不管是使用什么技术制造的设备——是其中的移动部件小到令人难以置信的纳米范围的硅传感器,还是由几千个分立元件和集成电路组成的大规模电路板组件,没有一个电子器件是完全不会出故障的。工艺控制中的变化,牢固性设计不周到,最终用户的滥用,这些都可能促使设备提早出现故障。

  本文将通过分析一块有故障的电路板,介绍故障分析的步骤。我们选择一个让很多分析人员倍感棘手的故障:一块时好时坏的印刷电路板组件。

  在一项研究中,我们收到最终用户的一块有故障的电路板组件。最终用户是用交换电路板的方法把它找出来,也只能用这个办法。由于没有任何测试设备,这个客户无法提供能够缩小分析范围的任何细节,除了“这块板不能工作”,再无其他。故障分析过程的第一步是验证故障,先拍照存档。之后,使用一个功能测试台进行功能测试。测试的最初结果令人丧气,至少可以这样说,因为这块板的功能符合设计要求,供电电流和输出电平都在指标规定的范围之内。分析师只好绞尽脑汁,想着任何可以说明产品奇迹般地会恢复正常功能的理由。是不是客户没有正确使用产品?例如,电路板上的所有连接器是不是插好了?供电电压是不是稳定,保持正确的电平?莫非这块电路板是通过绝密工艺处理的,其中的材料会自动修复,引起最初的故障的任何缺陷都自动修复了?

  谢天谢地,对于这块板,他们在进行功能测试时发现,有一个输出端的电流原先是在指标的范围内,在测试过程中突然下降,送往负载的电流只有说明书规定的一小部分。虽然分析师对故障的出现而兴高采烈,但是,这些表明,最可能造成故障的根本原因很难确定——因为故障可能是由一个时好时坏的连接引起的。

  在最初进行的功能测试中,观察到几个具有关键性的现象,帮助我们了解故障的特点。测试开始时,电路板按要求正常运作,但是,在通电运行一段时间之后,电路板的故障就出来了。而且,这种故障不属于“硬故障”(即电路中出现的短路或开路),电路仍然向输出端提供功率,但是功率不足以驱动足够的电流。重复进行了功能测试,每次都看到特征相同的故障,这些现象促使分析师假定,这种故障很可能是由于一些热效应(例如热膨胀)导致器件发生故障。刚接上电源时,电路板的温度是室温,但是,加上电源,过一会儿后,电路板产生的热量使板的温度上升,就出现故障。对电路板进行了环境测试。在环境测试中有规律地改变电路板的温度,可以看到,电路板的温度升高和出现输出故障时负载电路的电流下降两者之间的关系。查明故障和故障的特征之后,故障分析的下一个步骤,就是把问题孤立出来。这不是破坏性的,而是从出现故障的输出端沿线路进行逆向跟踪查找,直到发现在线路中有一个地方电阻出乎意料地高(48000欧姆),这个高电阻位于两个焊点之间,是在同一个节点上(图2)。

  故障分析过程的下一个步骤是看看是什么样的缺陷,在大多数情况中,都要对电路板进行破坏性检查。因此,在进行任何进一步分析之前,必须有充分的理由。为了确定最佳的检查顺序,分析师必须检查支持他们进行破坏性检查的事实。